《無線局域網(wǎng)一》課件

1.1引言1.2無線網(wǎng)絡的發(fā)展歷史1.3無線網(wǎng)絡的特點1.4無線局域網(wǎng)絡的主要技術要求及問題1.5無線局域網(wǎng)絡的標準化1.1引言1.2無線網(wǎng)絡的發(fā)展歷史1.3無線網(wǎng)絡的特點1.4無線局域網(wǎng)絡的主要技術要求及問題1.5無線局域網(wǎng)絡的標準化2021/6/2711.1引言

1.1.2

無線網(wǎng)絡的應用

一．無線解決方案二．無線應用領域三.典型應用舉例

1.1.1

無線聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)越性

一．可移動性

二．低成本性三.特殊環(huán)境應用2021/6/2721.1.1無線聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)越性㈠

----可移動性主要表現(xiàn)在以下方面：1．網(wǎng)內任用戶在一定地域范圍內改變其工作地點時，隨身攜帶他的終端或計算機到一個新的地方，不用考慮和網(wǎng)絡的連接問題。2．用戶在一定地域范圍內，可以在移動體上操作他的終端或計算機，在一定速度的行進中保持與網(wǎng)絡的連接與通信。3.整個網(wǎng)絡需要從一個地域搬到一個新的地域時，盡管將它的全部用戶終端或計算機搬到新地域內的所需位置即可，不需考慮重新結網(wǎng)。

2021/6/2731.1.1無線聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)越性㈡

----低成本性

主要表現(xiàn)在以下方面：1．不需要有線介質（雙絞線、同軸電纜、光纖等）。2．不需要通信線路鋪設中的其它輔助設施（架空線桿、地下管道、建筑物內線管和線槽等）費用。3．不需要線路鋪設施工（架桿、挖溝、鑿洞、穿線等）費用。4．不需要線路及線路設施的維護費用等。2021/6/2741.1.1無線聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)越性㈢

----特殊環(huán)境應用

主要表現(xiàn)在以下方面：1．在經(jīng)常流動（改變工作地域）的企事業(yè)單位（如橋梁、道路建設單位和部門）或軍事作戰(zhàn)現(xiàn)場，使用有線聯(lián)網(wǎng)通信顯然不便。即使網(wǎng)絡中有個別需要經(jīng)常流動的用戶也是如此。2．絡節(jié)點間有海洋、湖泊或嚴重布線障礙物的場合，有線聯(lián)網(wǎng)異常困難并導致建網(wǎng)投資過于重大。3．建筑物內的網(wǎng)絡鋪設難免造成對建筑物的破壞，這在一些特殊情況下也是不能輕易容許的。象在一些歷史古建筑內的建網(wǎng)，尤其應考慮有線聯(lián)網(wǎng)施工中對建筑物的可能破壞。2021/6/2751.1.2無線網(wǎng)絡的應用㈠

---無線解決方案●

無線個人網(wǎng)（WPAN）無線個人網(wǎng)主要用于個人用戶工作空間，典型距離覆蓋幾米，可以與計算機同步傳輸文件，訪問本地外設。目前主要技術包括藍牙（Bluetooth）和紅外（IrDA）。●無線局域網(wǎng)（WLAN）而無線局域網(wǎng)主要用于寬帶家庭、大樓內部以及園區(qū)內部，典型距離覆蓋幾十米至上百米。目前主要技術為802.11系列。●無線LAN-to-LAN網(wǎng)橋無線LAN-to-LAN網(wǎng)橋主要用于大樓之間的連網(wǎng)通信，典型距離可達幾公里。許多無線網(wǎng)橋采用802.11b技術。●無線城域網(wǎng)(WMAN)和無線廣域網(wǎng)（WWAN）無線城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)覆蓋城域和廣域環(huán)境，目前多采用CDPD等技術，主要用于Internet/E-mail訪問，但提供的帶寬低很多。2021/6/2761.1.2無線網(wǎng)絡的應用㈡

----無線應用領域

公眾服務企業(yè)內部網(wǎng)校園網(wǎng)地理位置較特殊的政府機構等目前在國內，北京、上海、廣州和深圳是WLAN應用最為普及的城市。涉及到酒店、賓館、會展中心和機場等公眾場所。

2021/6/2771.1.2無線網(wǎng)絡的應用㈢---典型應用舉例●

錦江飯店無線聯(lián)網(wǎng)

錦江飯店坐落在上海市中心的淮海中路，占地3萬余平方米，是一具有悠久歷史的著名花園式飯店。項目主要是為了解決2001年上海APEC會議期間入住錦江飯店的各國商務客人、記者媒體和各國高官的互聯(lián)網(wǎng)接入需要，該項目2001年10月完成。●吉林大學校園無線網(wǎng)絡用

新吉林大學是由原吉林大學、吉林工業(yè)大學、白求恩醫(yī)科大學、長春科技大學、長春郵電學院五校合并后成立的，合并后共八個校區(qū)。無線校園網(wǎng)使用11Mb/s的傳輸速率，無線計算機網(wǎng)絡通信系統(tǒng)全部采用以色列BreezeCOM公司的DS.1111Mbps高速無線局域網(wǎng)系列產(chǎn)品。系統(tǒng)的建立實現(xiàn)了學校各校區(qū)間信息資源的共享，為學校各類人員提供充分的網(wǎng)絡信息服務。●上海市電信公司"天翼通"無線網(wǎng)絡服務“天翼通”業(yè)務是上海市電信公司為擁有筆記本電腦或PDA的用戶提供的在家庭、公共區(qū)域及公司無線上網(wǎng)的新型服務項目。用戶申請辦理成為“天翼通”用戶之后，就可以利用筆記本電腦、臺式機在上海電信所布網(wǎng)的休閑中心、咖啡吧等公共區(qū)域上網(wǎng)或者與公司網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程溝通，實現(xiàn)真正有效的網(wǎng)絡移動辦公。2021/6/2781.2

無線網(wǎng)絡的發(fā)展歷史

早期無線網(wǎng)絡主要用于一些象軍事、海上作業(yè)等一些特殊場合。限制無線網(wǎng)發(fā)展速度的原因主要有以下幾點：

1.早期的計算機龐大，一般不做移動使用；

2.無線發(fā)送接收設備比較昂貴；

3.無線傳輸技術與性能（可靠性，速率等）方面的限制。近年來，微型機的大量普及，以及筆記本計算機，掌上機等大量便攜機的出現(xiàn)，人們對移動體訪問網(wǎng)絡提出迫切的要求，無線網(wǎng)絡的研究受到空前的重視。

1.2.1大型機聯(lián)網(wǎng)階段1.2.2微型機聯(lián)網(wǎng)階段1.2.3移動計算互聯(lián)網(wǎng)

一．利用蜂窩電話網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)二．采用移動分組交換網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)三．利用無線局域網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)

2021/6/2791.2

無線網(wǎng)絡的發(fā)展歷史1.2.1大型機聯(lián)網(wǎng)階段

二十世紀50年代到70年代，當時的計算機多是配置有大量時分終端的大型計算機。此階段的計算機通信主要表現(xiàn)以下兩個方面：●

終端用戶與其主計算機的信息交換；●

若干大型計算機間通信以實現(xiàn)資源共享。此階段的典型例子是夏威夷大學于己于1970年建成并投入運行的無線計算機網(wǎng)─AlohaNet。

2021/6/27101.2.1大型機聯(lián)網(wǎng)階段TTYCRT小型機繪圖儀TTYPCUTCU集中器TCUTCUTTYTTY中繼器中繼器TCUCRTAlohaNet中心GATEWAY

廣域網(wǎng)有線局域網(wǎng)大型機/服務器

圖1.1AlohaNet網(wǎng)絡結構示意圖

TCU是終端控制單元PCU是可編程控制單元AlohaNet網(wǎng)絡的主要特點與指標如下：●采用有中心的拓撲結構●設上行（各分站到中心站）和下行（從中心站到各分站兩個廣播信道●上行信道407.35MHz，下行信道413.475MHz●全雙工傳輸，數(shù)據(jù)速率9.6Kb/s●接入方法：Aloha信道接入?yún)f(xié)議

2021/6/27111.2

無線網(wǎng)絡的發(fā)展歷史1.2.2微型機聯(lián)網(wǎng)階段

二十世紀80年代到90年代。典型的無線聯(lián)網(wǎng)主要有兩種：

●

無線分組交換網(wǎng)●

自組無線局域網(wǎng)2021/6/27121.2.2微型機聯(lián)網(wǎng)階段●

無線分組交換網(wǎng)

圖1.2微機無線聯(lián)網(wǎng)（a）無線分組交換網(wǎng)結構示意圖中心站C主計算機地面分組交換網(wǎng)

中繼器移動站

2021/6/27131.2.2微型機聯(lián)網(wǎng)階段●

自組無線局域網(wǎng)

圖1.2微機無線聯(lián)網(wǎng)（b）自組無線無線局域網(wǎng)（WLAN）可移動站(便攜機)

可移動站(微型機)

2021/6/27141.2

無線網(wǎng)絡的發(fā)展歷史1.2.3移動計算互聯(lián)網(wǎng)絡

當前用戶上INTERNET網(wǎng)方式絕大多數(shù)采用有線連接，具體形式有模擬電話線撥號上網(wǎng)、專用網(wǎng)（局域網(wǎng)）接入上網(wǎng)、ISDN或ADSL線路上網(wǎng)、其它數(shù)字專線上網(wǎng)等。移動計算互聯(lián)網(wǎng)絡的最終目的是能夠使得人們攜帶著他的便攜式計算機，無論走到世界哪一個地方（互聯(lián)網(wǎng)可達到），借助無線媒體，都可以和在自己家里一樣，保持與網(wǎng)絡的聯(lián)系。目前用戶在移動環(huán)境下對互聯(lián)網(wǎng)的訪問是可能的。實現(xiàn)移動計算網(wǎng)絡，人們通過無線介質對互聯(lián)網(wǎng)的訪問方式不會是單一的，目前主要有直接利用蜂窩電話網(wǎng)、利用專用移動分組交換網(wǎng)和利用無線局域網(wǎng)幾種可能。2021/6/27151.2.3移動計算互聯(lián)網(wǎng)絡一．利用蜂窩電話網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)

移動電話交換網(wǎng)其他公共網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)便攜機MODEM

移動電話蜂窩網(wǎng)基站

便攜機MODEM移動電話

圖1.3利用蜂窩移動電話交換網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)

2021/6/27161.2.3移動計算互聯(lián)網(wǎng)絡二．利用采用移動分組交換網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)

專用分組交換網(wǎng)其它公共網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)計算機分組MODEM分組網(wǎng)基站

計算機分組MODEM圖1.4利用專用移動分組交換網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)

2021/6/2717三．利用無線局域網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)1.2.3移動計算互聯(lián)網(wǎng)絡交換機其它局域網(wǎng)

固定站固定站

WLAN有線骨干（局域）網(wǎng)

廣域網(wǎng)路由器固定站

廣域網(wǎng)無線網(wǎng)絡橋接器APWLAN

圖1.5利用無線局域網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)

2021/6/27181.3無線網(wǎng)絡的特點1.3.1無線網(wǎng)絡概念無線網(wǎng)絡是利用無線電射頻（RadioFrequency－RF）或紅外線（Infrared－IR）等無線傳輸媒體與技術構成的通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork－WLAN）是利用無線媒體構成的局部區(qū)域網(wǎng)絡。按照國際相關標準，目前的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品的單小區(qū)（CELL）覆蓋直徑在幾十米到二、三百米（特殊情況下加功率放大和外接天線可增大覆蓋范圍）。

2021/6/27191.3無線網(wǎng)絡的特點1.3.2無線網(wǎng)絡傳輸方式

無線局域網(wǎng)的傳輸方式與其所采用的傳輸媒體、所選擇的載頻波段及所使用的調制方式有關。目前有兩種無線傳輸媒體：●

無線電波傳媒●

紅外線傳媒在無線電波傳媒下的調制方式有兩種：●

窄帶調制方式●

擴展頻譜方式2021/6/27201.3.2無線網(wǎng)絡傳輸方式●

窄帶調制方式基帶信號射頻調制發(fā)射利用無線電波作為傳輸媒體，窄帶調制把欲發(fā)送數(shù)據(jù)的基帶數(shù)字序列經(jīng)過射頻調制器，將其頻譜搬移到一個便于無線發(fā)射的很高的載頻上。所謂窄帶，是指經(jīng)過調制后的信號（已調波）的占有頻帶的寬度相對很高的載頻來說是很窄的。

窄帶調制的無線局域網(wǎng)一般選用專用微波波段，須先提出申請，經(jīng)過國家無線電管理部門的許可才能使用。

窄帶調制設備一般發(fā)射信號功率（或能量）較大，會對其他系統(tǒng)中的同頻接收設備形成干擾。2021/6/27211.3.2無線網(wǎng)絡傳輸方式●

擴展頻譜方式基帶信號射頻調制發(fā)射擴展頻譜

擴展頻譜方式也是利用無線電波作為傳輸媒體的一種傳輸信號形成方式。它是在將基帶數(shù)字序列信號進行射頻調制之前，先進行頻譜的擴展。

擴展頻譜過程一般將原基帶數(shù)字序列信號的頻譜擴展幾倍到幾十倍，經(jīng)過射頻調制后的發(fā)射信號的頻帶寬度也比窄帶調制要寬得多。

擴展頻譜方式可以用比窄帶調制方式低得多的信號功率來發(fā)送，可在比信號還要強的噪聲環(huán)境下保證信息的正確接收。擴展頻譜方式不怕同頻干擾，因此可以在同一頻段上靠選擇不同的擴頻偽隨機碼（詳見第六章）來進行多路復用，這種多路復用稱作碼分多址（CDMA）。擴展頻譜方式使用無須申請許可的ISM（工業(yè)，科研，醫(yī)療設備）波段。ISM波段：

902M—928M2.4G——2.484G5.725G——5.850G2021/6/27221.3.2無線網(wǎng)絡傳輸方式●

紅外線方式

利用紅外線作為傳輸媒體在家用電器遙控中很常見，作為無線局域網(wǎng)的一種無線傳媒，它不受無線電波干擾，不受無線電管理部門限制，無需申請波段。但紅外線方式具有一定方向性，對非透明物體的穿透能力差，傳輸距離不能太遠，一般在幾米到幾十米。2021/6/27231.3無線網(wǎng)絡的特點1.3.3無線網(wǎng)絡拓撲結構

無線網(wǎng)絡以無線介質為傳輸媒體，提供的是一種廣播信道。目前無線聯(lián)網(wǎng)在應用上有多種形式，就無線局域網(wǎng)的拓撲結構（是一種邏輯拓撲）而言，典型的有“無中心分布對等拓撲”和“有中心集中控制拓撲”兩種。

2021/6/27241.3.3無線網(wǎng)絡拓撲結構●

無中心分布對等拓撲WLAN移動站

圖1.7無中心分布對等拓撲結構（Ad－h(huán)oc應用模式）

這種拓撲結構的優(yōu)點是建網(wǎng)容易、費用較低，且抗毀性能好（一個站的故障，不影響其它站的通信）；它的缺點是采用競爭信道的機制，在網(wǎng)絡業(yè)務量重時會導致系統(tǒng)性能（吞吐量、延遲等）急劇下降。因此，網(wǎng)內站點的數(shù)量不宜太多。2021/6/27251.3.3無線網(wǎng)絡拓撲結構●

有中心拓撲結構WLAN中心站(AP)有線骨干網(wǎng)圖1.8有中心拓撲結構(Hub－based應用模式)中心站的主要作用一是對所有網(wǎng)內用戶的通信要求進行控制，減小業(yè)務量過大時由于信道競爭帶來的系統(tǒng)性能的惡化；二是為移動用戶訪問外部網(wǎng)絡（其它有線局域網(wǎng)或公共網(wǎng)）提供接口。此外，中心站還可對移動站的信號進行中繼，擴大移動站間的通信距離。有中心拓撲結構的主要缺點是抗毀性能較差，盡管只是中心站的故障也會導致全網(wǎng)通信癱瘓。2021/6/27261.4無線局域網(wǎng)絡的主要技術要求及問題一．傳輸可靠性

傳輸可靠性是通信系統(tǒng)的一個至關重要的指標，一般有線網(wǎng)絡（如以太網(wǎng)）的信道傳輸誤碼率都不超過10-9。無線局域網(wǎng)即使沒有有線網(wǎng)絡的良好信道環(huán)境，也應努力達到盡可能低的誤碼率，否則誤碼導致數(shù)據(jù)分組的破壞，大量的重傳分組將使得網(wǎng)絡的實際吞吐量大大降低，延遲性能急劇惡化。有關國際標準建議，無線局域網(wǎng)的系統(tǒng)分組丟失率應不超過4×10-5，假設系統(tǒng)中平均分組長度為1000比特，則要求系統(tǒng)的傳輸誤碼率不超過4×10-8。

二．無線電干擾

無線電干擾分向內干擾與向外干擾兩種。對窄帶調制來說，不同的網(wǎng)絡系統(tǒng)應選擇不同的載波頻率，這一點在向無線電管理部門申請許可時便容易做到。對采用擴頻技術的系統(tǒng)來說，大家使用的是無須申請許可的共用ISM波段，網(wǎng)絡產(chǎn)品滿足有關標準。功率不超過10dB的窄帶干擾一般不會影響擴頻系統(tǒng)的正常工作。三．系統(tǒng)兼容性

系統(tǒng)的兼容性及網(wǎng)絡產(chǎn)品的兼容性是一個至關重要的問題。無線局域網(wǎng)的有關標準出臺較晚，其產(chǎn)品的兼容性還不太好。真正實現(xiàn)未來全球性的移動計算網(wǎng)絡，不僅僅要求個廠家的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品（無線網(wǎng)卡、無線Hub、路由器等）全部兼容，這些產(chǎn)品構成的無線網(wǎng)絡還要和現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡兼容。四．數(shù)據(jù)傳輸速率

無線局域網(wǎng)絡須具備支持高速率突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務并盡可能地支持一些同步或時限業(yè)務的能力。由于其信道質量比大多數(shù)有線信道差得多，早期的相關建議認為無線局域網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸速率應在1Mb/s以上。隨著技術的進步，目前市場上已經(jīng)淘汰了2Mb/s以下的無線局域網(wǎng)絡產(chǎn)品，流行產(chǎn)品速率是11Mb/s，許多廠家正在向更高速率（50Mb/s）產(chǎn)品進軍。五．網(wǎng)絡安全與通信保密

無線網(wǎng)絡存在比有線網(wǎng)絡更大的安全隱患。由于使用無線媒體，室內的應用其信號不可避免的會泄露到室外。入侵者使用相同的網(wǎng)卡，只要知道網(wǎng)絡的訪問口令，不用接線就可輕松登錄網(wǎng)絡，達到竊取網(wǎng)絡系統(tǒng)資源或截獲信息的目的。目前無線局域網(wǎng)的安全方案由物理層、鏈路層和網(wǎng)絡層三層均可提供支持。鏈路層的安全實現(xiàn)方案有IEEE802.11的安全協(xié)議WEP(WiredEquivalentPrivacy)和ANSI/IEEEStd802.10InteroperableLAN/MANSecurity。網(wǎng)絡層的安全實現(xiàn)方案如利用IPSec協(xié)議。六．對移動計算網(wǎng)絡的支持

無線局域網(wǎng)須支持移動計算網(wǎng)絡。包括的主要功能有：●小區(qū)內站點移動，同小區(qū)內站點可直接或通過AP通信●不同小區(qū)站點可通過AP及主干網(wǎng)進行通信●當某站漫游越區(qū)時，被切入新的小區(qū)，但仍和在原區(qū)一樣保持與外界聯(lián)系●小區(qū)中站點可通過主干網(wǎng)站的路由器和公共網(wǎng)互訪。七．節(jié)能管理

無線網(wǎng)絡中的移動站（設在移動體上的計算機）以電池提供工作電源。無線網(wǎng)絡從技術上應具備節(jié)能管理功能，除了要主動頻繁地訪問網(wǎng)絡時移動站處在正常工作狀態(tài)外，應具有睡眠或半睡眠模式以節(jié)省電源。處在睡眠或半睡眠模式下的站當有信息到來時能夠被系統(tǒng)喚醒。八．小型化與低價格

小型化是無線網(wǎng)絡設備的移動性所希望和要求的，而低價格則是任何產(chǎn)品都一致追求的目標。近年來隨著半導體電路的集成度不斷提高和砷化鎵技術的日益成熟，許多國家具備了生產(chǎn)小型化、低價格無線網(wǎng)絡產(chǎn)品的能力。2021/6/27271.5無線局域網(wǎng)絡的標準化1.5.1無線局域網(wǎng)絡的電波法規(guī)美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）于1985年宣布開放了902MHz、2.4GHz和5.8GHz三個ISM波段,允許在低輻射功率條件下無申請許可便可使用這些波段。歐洲無線電委員會（ERC）于1991年發(fā)布了建議用于無線局域網(wǎng)的一組波段，其中包括2.4GHz、5.8GHz、24GHz、60.1GHz等ISM波段。日本郵政省電波系統(tǒng)開發(fā)中心(RCR)于1993年公布了采用擴頻技術的中速無線局域網(wǎng)的2.4GHzISM波段電波規(guī)范。1997年電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)由世界范圍內眾多的局域網(wǎng)以及計算機專家審定通過了IEEE802.11的無線局域網(wǎng)標準。標準規(guī)定無線局域網(wǎng)在2.4GHz波段上進行操作，這一波段被全球無線電法規(guī)定義為實際意義的擴頻使用波段。2021/6/27281.5無線局域網(wǎng)絡的標準化1.5.2無線局域網(wǎng)絡的協(xié)議標準

和其它有線局域網(wǎng)的協(xié)議標準一樣，IEEE802.11標準稱為IEEE無線局域網(wǎng)（WLAN）介質訪問控制和物理層規(guī)范。由無線網(wǎng)卡和接入點（AP）提供標準的功